Управление динамическими объектами
Управление динамическими объектами
Одним из широко распространенных случев использования объектов контролируемых типов являестя решение проблемы "утечки" памяти при работе с динамическими данными.
Предположим, что у нас есть пакет Lists который содержит описание связанного списка List, и спецификация этого пакета выглядит следующим образом:
| package Lists is type List is private; Underflow : exception; procedure Insert_At_Head(Item : in out List; Value : in Integer); procedure Remove_From_Head(Item : in out List; Value : out Integer); procedure Insert_At_Tail(Item : in out List; Value : in Integer); procedure Remove_From_Tail(Item : in out List; Value : out Integer); function Full(Item : List) return Boolean; function Empty(Item : List) return Boolean;private type List is ... -- полное описание типа . . .end Lists; |
Заметим, что тип связанного списка List, который описан в этом пакете, не является контролируемым типом.Теперь, рассмотрим следующий пример, использующий описание пакета Lists:
| with Lists; use Lists;procedure Memory_Leaks_Demo is A, B : List; Result : Integer; procedure Loose_Memory is C : List; begin Insert_At_Head(C, 1); Insert_At_Head(C, 2); end Loose_Memory; -- при попадании в эту точку, -- C выходит за пределы области видимости -- и теряется память ассоциируемая с этим узломbegin Insert_At_Head(A, 1); Insert_At_Head(A, 2); Insert_At_Head(B, 3); Insert_At_Head(B, 4); B := A; -- B и A указывают на один и тот же список -- все узлы "старого" списка B - теряются Remove_From_Tail(A, Result); -- изменяет как список A, так и список Bend Memory_Leaks_Demo; |
В данном примере наглядно демонстрируются проблемы "утечки" памяти при работе с объектами связанного списка List:
- когда объект связанного списка выходит за пределы области видимости, пространство динамической памяти, выделенное для размещения этого объекта, не восстанавливается
- в случае выполнения присваивания, осуществляется копирование только указателя на "голову" списка (начало списка), а копирование остальной части списка не выполняется
Рассмотрим вариант модификации пакета Lists в котором тип связанного списка List является контролируемым. Спецификация пакета будет иметь следующий вид:
| with Ada.Finalization;package Lists is type List is private; Underflow : exception; procedure Insert_At_Head(Item : in out List; Value : in Integer); procedure Remove_From_Head(Item : in out List; Value : out Integer); procedure Insert_At_Tail(Item : in out List; Value : in Integer); procedure Remove_From_Tail(Item : in out List; Value : out Integer); function Full(Item :List) return Boolean; function Empty(Item:List) return Boolean;private -- обычные описания для списка type Node; type Ptr is access Node; type Node is record Value : Integer; Next : Ptr; end record; -- только "голова" списка - "специальная" type List is new Ada.Finalization.Controlled with record Head : Ptr; end record; -- Initialize не нужна (указатели автоматически устанавливаются в null) -- procedure Initialize(Item : in out List); procedure Adjust(Item : in out List); procedure Finalize(Item : in out List);end Lists; |
Примечательным фактом является описание подпрограмм Adjust и Finalize в приватной части спецификации пакета.Это предотвращает от непосредственной возможности их неуместного вызова клиентами.Тело пакета Lists (с подробными комментариями) будет иметь вид:
| with Unchecked_Deallocation;package body Lists is -- подпрограмма освобождения памяти занимаемой узлом procedure Free is new Unchecked_Deallocation(Node, Ptr); ------------------------------------------------------------ -- реализация остальных внутренностей (Insert_At_Head, Remove_From_Head...) . . . -------------------------------------------------------------- -- дан указатель на список, подпрограмма будет размещать -- в памяти новый, идентичный первому, список function Copy_List(Item : Ptr) return Ptr is begin if Item = null then return null; else return new Node'(Item.Value, Copy_List(Item.Next)); end if; end Copy_List; ------------------------------------------------------------ -- при присваивании B := A, B будет только переписано содержимым A. -- для связанного списка это подразумевает, что оба, A и B, -- указывают на один и тот же объект. -- теперь, необходимо сделать физическую копию узлов, на которые указывает B, -- и переставить указатель начала списка на начало копии списка, который мы -- только что сделали procedure Adjust(Item : in out List) is begin Item.Head := Copy_List(Item.Head); end Adjust; ------------------------------------------------------------ -- освободить всю память, занимаемую узлами списка, -- при разрушении списка procedure Finalize(Item : in out List) is Upto : Ptr := Item.Head; Temp : Ptr; begin while Upto /= null loop Temp := Upto; Upto := Upto.Next; Free(Temp); end loop; Item.Head := null; end Finalize;end Lists; |
Ниже представлен пример программы которая использует модифицированную версию пакета Lists (где тип List является контролируемым).
| with Lists; use Lists;procedure Controlled_Demo is A : List; -- автоматический вызов Initialize(A); B : List; -- автоматический вызов Initialize(B);begin Insert_At_Head(A, 1); Insert_At_Head(A, 2); Insert_At_Head(B, 3); Insert_At_Head(B, 4); ------------------------------------------ -- -- A --> | 2 |-->| 1 |--> null -- B --> | 4 |-->| 3 |--> null -- ------------------------------------------ B := A; ------------------------------------------ -- -- Finalize(B); -- освобождение узлов B, до перезаписи -- -- A --> | 2 |-->| 1 |--> null -- B --> null -- -- копирование A в B -- теперь они _оба_ указывают на один и тот же список -- -- A --> | 2 |-->| 1 |--> null -- B ----^ -- -- Adjust(B); -- B копирует список, на который он в текущий момент -- указывает, и после этого указывает на новый список -- -- A --> | 2 |-->| 1 |--> null -- B --> | 2 |-->| 1 |--> null -- ------------------------------------------end Controlled_Demo; ------------------------------------------ -- -- Finalize(A), Finalize(B). -- освобождение памяти ассоциируемой с A и B -- -- A --> null -- B --> null -- ------------------------------------------ |
Таким образом, использование контролируемых типов предоставляет удобное средство управления жизненным циклом динамических объектов, которое позволяет избавить клиентов типа от необходимости непосредственного управления динамическим распределением памяти.
